量子化学計算入門

量子化学計算は、物質の様々な性質を特徴付けている微視的な物性諸量を知りたいと思うときに、解析や予測の助けとなる便利な道具です。機能性材料を設計しようとしたり、新しい薬を開発しようとするときに、研究・開発の現場では様々な課題に直面することもあります。そのようなときに量子化学計算は、対象としている物質の分子レベルでのふるまいを明らかにすることで、問題を解決するための様々な手がかりを与えてくれます。 　本セミナーでは、量子化学計算を使ってみたい方・使い始めたばかりの方を対象として、代表的な量子化学計算のプログラムであるGaussianの使い方も実演しながら、また、Webブラウザーで手軽に実行できる量子化学計算環境であるWebMOを用いたミニ演習にも取り組んでもらいながら、量子化学計算の上手な活用方法についてご紹介します。

1. 量子化学計算の概要 【座学編】
   1. 量子化学計算とは?
   2. 量子化学計算を使ってできること
   3. 量子化学計算を手軽に体験できるWebアプリMolCalcの紹介
2. 量子化学計算の代表的なソフトウェア
   1. 業界標準はGaussian
   2. 無料で使えるGAMESS
3. 量子化学計算の代表的な計算方法
   1. 計算方法と基底関数
   2. 電子相関を考慮しない計算方法
   3. 動的電子相関を考慮する計算方法
   4. 静的電子相関を考慮する計算方法
   5. 密度汎関数法
4. 量子化学計算の代表的な基底関数
   1. 基底関数とは?
   2. 基底関数の種類
   3. 分極関数とは?
   4. 分散関数とは?
   5. 周期性を持つ分子系
5. 量子化学計算に基づく構造最適化 … 演習 【演習編】
   1. 分子の安定構造の探索
   2. 分子の遷移状態の探索
   3. 【演習】:二酸化硫黄の安定構造と遷移状態の探索
6. 量子化学計算に基づく振動解析 … 演習
   1. 振動解析とは?
   2. 赤外吸収スペクトルとは?
   3. 分子振動とは?
   4. 分子振動の自由度
   5. 分子振動を表す式 (古典力学の場合)
   6. 分子振動を表す式 (量子力学の場合)
   7. 非調和振動数解析
   8. 【演習】:水分子の振動状態の解析
7. 量子化学計算に基づく化学反応の解析 … 演習
   1. 化学反応を理解する上で重要な考え方は?
   2. 化学平衡論に基づくと …
   3. 反応速度論に基づくと …
   4. 【演習】:1,3 – ブタジエンのcis/trans異性化反応の解析
8. 量子化学計算に基づく電子励起状態の解析 … 演習
   1. 光の吸収とは?
   2. 共役分子系が光を吸収すると?
   3. 光を吸収した後の過程は?
   4. 分子の吸光・発光と基底・励起状態
   5. 励起状態の計算方法
   6. 励起状態の計算手順
   7. 【演習】:ホルムアルデヒドの電子励起状態の解析